利用排風廢熱提升空氣源熱泵工作效能的分析及應用

文_曾浩然 孫長富

1 深圳市寶鷹建設集團股份有限公司/合縱酒店管理顧問 2 深圳市節能與資源綜合利用專家聯合會

近年來，利用空氣源熱泵用于采暖、制冷、制熱水的應用越來越廣泛，減少了對煤、油、氣等化石能源的使用，改善了環境質量。通過調研得知：現有大部分酒店項目及其他民用建筑的室內廢熱均直接通過排風設備系統排至室外大氣中，一方面對環境溫度產生了一些不利影響，同時也導致了熱能的直接流失。通過采取適當技術措施對項目建筑室內排風廢熱的回收利用，不僅可降低排風廢熱對環境的不良影響，也可減少電能消耗，節約能源費用，提升企業經濟效益。

1 項目概況

項目酒店建筑位于武漢經濟開發區，建造標準為五星級商務會議型酒店。酒店總建筑總面積約39100m2，其中地上建筑面積為32000m2，地下建筑面積7100m2（不含停車場面積）。酒店主體建筑結構標高為85m，建筑總層數17層，其中地上16層、地下1層。

酒店主要配套功能區包括大堂、餐廳、宴會會議、休閑康體等。酒店1～4層為餐飲、宴會會議、休閑康體等公共配套區，5～16層為客房區。地下室為酒店后勤配套區及設備房，包括350m2洗衣房，為酒店提供布草、制服洗滌、客衣干洗等服務，洗衣房設備設施按24h不間斷運營設計。

2 空調及生活熱水設計參數

2.1 空調室外計算參數

冬季空調室外計算溫度-2.4℃，冬季通風室外計算溫度0.1℃，極端最低溫-18.1℃，極端最高溫39.6℃。

2.2 生活熱水

酒店設置全日制集中熱水系統，空氣源熱泵熱水供量占總熱水用量的100%，生活熱水管道采用同程布置，機械循環方式，水加熱器出口溫度50℃，配水點出水溫度不低于45℃，末端出水時間不宜超過5s，最長不得超過10s。

酒店生活熱水最高日用量215m3/d，日平均用水量196m3/d，設計小時用水量13.38m3/h，小時耗熱量700kW，冷水溫度為5℃，熱水溫度50℃。

采用6臺空氣源熱泵模塊機組制取生活熱水，熱泵機組布置于四層裙樓屋面。根據酒店管理公司要求，設置一座容量為15m3食品級不銹鋼貯熱水箱，滿足酒店1h熱水用量。生活熱水系統采用閉式系統，與給水系統分區一致，且同源同壓，以保證水壓、水流的穩定性。

3 空氣源熱泵選型依據

為了節省投資，合理選取熱泵機組容量，并確保絕大部分時間段均滿足項目熱水供應量，空氣源熱泵的容量選取以滿足環境溫度-5℃時的制熱量。

根據某品牌空氣源熱泵機組技術參數手冊，選取6臺規格型號為“Y130”的模塊式超低溫強熱型空氣源熱泵機組，標準工況制熱量為130kW，在環境溫度-5℃時制熱量為122.4kW/臺，該機組在該地區極端環境溫度（-18.1℃）下仍可滿足70%以上的熱負荷需求。空氣源熱泵制熱性能參數見表1。

表1 空氣源熱泵制熱變工況參數表

4 室內排風廢熱與提升空氣源熱泵工作效能分析

根據以往同類項目經驗數據，酒店洗衣房由于洗衣相關設備使用蒸汽量較大，散熱量大，洗衣房內溫度常年在28℃及以上，排風出口溫度在25℃以上，且排風污染較少、空氣質量相對較好，如能通過空氣源熱泵對其加以合理利用，不僅可降低排風廢熱對環境溫度的影響，也可提升空氣源熱泵的運行效率。空氣源熱泵制熱性能見圖1。

圖1 空氣源熱泵制熱性能曲線圖（出水溫度50℃）

由表1及圖1可以看出，空氣源熱泵的制熱量及運行效率跟環境溫度密切相關，在-25～25℃之間，機組制熱量隨著環境溫度的上升而增加，當出水溫度一定時，機組的制熱系數COP值隨著環境溫度的上升而增大。當環境溫度為-5℃、出水溫度為50℃時機組制熱量為122.4kW，當環境溫度為25℃、出水溫度為50℃時機組制熱量為176.8kW，機組制熱量增加了44.4%，因此可以只需配置更少數量的機組便能滿足同樣的制熱量需求。排風廢熱對熱泵機組的裝機容量與前期投入的作用見表2。

表2 空氣源熱泵機組排風廢熱機房內安裝與常規安裝對比

由表2可知，如將洗衣房排風廢熱排至空氣源熱泵機房，通過排風廢熱提升機房內溫度至25℃及以上，可使機組安裝數量由常規的6臺減少至4臺，減少裝機功率86.4kW，節省前期設備及工程一次性投入費用19.2萬元。

空氣源熱泵機組安裝在排風廢熱口機房內與常規機房內安裝運行能耗及費用分析比較見表3。

表3 空氣源熱泵運行能耗及費用對比分析

通過表3對比發現,如將酒店洗衣房排風廢熱排入空氣源熱泵機房，以此提升熱泵工作的環境溫度，提高機組的制熱系數COP值和工作效率，可減少前期裝機容量達33%，減少前期投資費用19.2萬元（對可靠性要求較高的酒店項目，前期可按常規配置不考慮前期投資的節省費用），節省運行能耗53270kWh/a，節約運行電費61260元/a。

5 結語

通過分析及測算表明，通過利用酒店室內洗衣房排風廢熱改善空氣源熱泵在寒冷季節的運行工況，不僅可以提升熱泵工作效率、節省投資，而且可以減少電能消耗，降低運行能耗費用，提高項目整體運營效益。